量子密码是量子力学和经典密码学的结合体。相比于大多数只能达到计算上安全的经典密码而言,量子密码利用量子力学的基本原理实现无条件的安全性,因此近些年在理论和实验上引起世界各国研究者们的广泛研究。量子密码已经从最初的量子密钥分发发展到现如今密码学的其他多个领域,如量子安全直接通信,量子仲裁签名和量子秘密比较等。量子密码主要使用两种量子资源：纠缠态和单粒子态。纠缠态具有非常特别的非局域性,它能够被精心的利用于设计一些精妙的量子通信方案,如量子隐形传态和量子超密编码。然而,纠缠态的制备、传输和保存在实际实现中有很大的困难性。相比之下,单粒子态则能很好的克服这些缺陷,因此在设计量子密码协议中使用单粒子态将更具优势。本文通过设计和分析三种基于单粒子态的量子密码协议,以表明单粒子态在量子密码中的重要作用。这些协议分别是：1.利用非正交单粒子态实现具有认证功能的量子安全直接通信。在该协议中,一个经典的Hash函数被采用以实现认证功能,两个单粒子幺正操作用于编码秘密消息。安全性分析显示,该协议能够抵御一些常见的攻击。2.基于可重用密钥的量子仲裁签名方案。该方案采用经典Hash函数和随机数确保签名者和接收者的密钥可以重用。安全性分析显示该协议能够抵御常见的伪造攻击和否认攻击。3.基于d维单粒子态的量子秘密比较协议。该方案引入半诚实的第三方以帮助两用户比较他们的秘密大小而不让任何其他人知道任何的秘密信息。理想条件下的安全性分析显示该协议能够同时抵御内部攻击和外部攻击。此外,我们还对实际环境下的协议安全性进行了讨论。